(57)【要約】    【課題】  単結晶シリコンウエハなどの結晶系半導体基板をエッチング液に接触させてエッチングする方法において、製造工程を簡略化し、生産性を高める。    【解決手段】  結晶系半導体基板をエッチング液に接触させてエッチングする方法であって、結晶系半導体基板１の下方面１ａを含む上方面１ｂ以外の部分または下方面１ａのみがエッチング液２に接触するように結晶系半導体基板１をエッチング液２の液面近傍に保持し、結晶系半導体基板１の下方面１ａを含む上方面１ｂ以外の部分または下方面１ａのみをエッチングすることを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶系半導体基板をエッチング液に接触させてエッチングする方法であって、
結晶系半導体基板の下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみがエッチング液に接触するように前記結晶系半導体基板を前記エッチング液の液面近傍に保持し、前記結晶系半導体基板の下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみをエッチングすることを特徴とする結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項２】
前記結晶系半導体基板の周辺から上方面に侵入しようとする前記エッチング液を排除手段によって排除しながらエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項３】
前記結晶系半導体基板の上方から前記結晶系半導体基板の上方面に向かって送風することにより、前記結晶系半導体基板の上方面に侵入しようとするエッチング液を排除することを特徴とする請求項２に記載の結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項４】
前記結晶系半導体基板の上方から前記結晶系半導体基板の上方面に向かって送風することにより、前記結晶系半導体基板の上方面に侵入しようとするエッチング液の温度を６５℃以下に冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項５】
前記結晶系半導体基板を搬送用アームによって保持した状態で、前記エッチング液の液面まで搬送し、エッチングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチング液の液面近傍に、前記結晶系半導体基板を載せて搬送するためのローラが設けられており、該ローラに前記結晶系半導体基板を載せることにより、前記結晶系半導体基板が前記エッチング液の液面近傍に保持されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶系半導体基板のエッチング方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法で製造した結晶系半導体基板を用いて光起電力装置を製造することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコンウエハなどの結晶系半導体基板をエッチング液に接触させてエッチングする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンウエハなどの結晶系半導体基板を用いた光起電力装置は、光電変換効率が高く、既に太陽光発電システムとして広く一般に実用化されている。
【０００３】
これらの結晶系半導体基板を用いた光起電力装置においては、結晶系半導体基板の光入射側の面に、光閉じ込め構造により反射損失を低減するため、テクスチャ構造の凹凸が形成されている。表面にテクスチャ構造の凹凸を形成する方法としては、アルカリ性溶液を用いて結晶系半導体基板の表面をエッチングする方法が知られている（特許文献１など）。このような結晶系半導体基板においては、光入射側の面のみにテクスチャ構造の凹凸が形成されており、裏面には凹凸が形成されていない構成のものがある（特許文献２など）。
【０００４】
従って、上記の構成を有する光起電力装置の場合、ウェットエッチングによりテクスチャ構造の凹凸を形成する際には、結晶系半導体基板の裏面の上にレジスト膜を塗布して形成し、裏面がエッチングされないようにしている。このようなレジスト膜は、エッチング処理後において硫酸過水や酸素プラズマによるアッシングなどにより除去する必要がある。また、レジスト膜が酸化シリコン膜である場合には、ＨＦ水溶液などを用いて除去する必要がある。従って、従来の結晶系半導体基板のエッチング処理においては、レジスト膜の形成と除去の工程が必要であり、製造工程が煩雑であるという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−２３３４８４号公報
【特許文献２】特開平３−１７３４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、製造工程を簡略化して、生産性を高めることができる結晶系半導体基板のエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、結晶系半導体基板をエッチング液に接触させてエッチングする方法であり、結晶系半導体基板の下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみがエッチング液に接触するように結晶系半導体基板をエッチング液の液面近傍に保持し、結晶系半導体基板の下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみをエッチングすることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、結晶系半導体基板の下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみがエッチング液に接触するように結晶系半導体基板をエッチング液の液面近傍に保持している。これによって、結晶系半導体基板の上方面をエッチングすることなく、下方面を含む上方面以外の部分または下方面のみをエッチングすることができる。従って、従来のようにエッチングを行わない結晶系半導体基板の面の上にレジスト膜等を形成する必要がない。このため、レジスト膜の形成工程及びレジスト膜の除去工程が不要となり、製造工程を大幅に簡略化することができる。従って、生産性良く、エッチング処理した結晶系半導体基板を製造することができる。
【０００８】
また、本発明においては、結晶系半導体基板の周辺から上方面に侵入しようとするエッチング液を排除手段によって排除しながらエッチングを行うことが好ましい。このような排除手段としては、結晶系半導体基板の上方から結晶系半導体基板の上方面に向かって送風する方法が挙げられる。結晶系半導体基板の上方から結晶系半導体基板の上方面に向かって送風することにより、結晶系半導体基板の周辺から上方面に侵入しようとするエッチング液を排除することができる。
【０００９】
また、エッチング液は、その温度が低くなることによりエッチング能力が著しく低下する。従って、結晶系半導体基板の上方からの送風により、結晶系半導体基板の周辺から上方面に侵入しようとするエッチング液を冷却することによりこのエッチング液のエッチング能力を失わせることができる。例えば、エッチング液の温度を６５℃以下に、好ましくは４５℃以下に冷却することにより、結晶系半導体基板の上方面に侵入しようとするエッチング液のエッチング能力を実質的に失わせることができる。
【００１０】
また、結晶系半導体基板の上方面に侵入しようとするエッチング液を排除する他の排除手段としては、スクレッパなどの物理的にエッチング液を排除する手段が挙げられる。
【００１１】
本発明に従う第１の局面においては、結晶系半導体基板を搬送用アームによって保持した状態で、エッチング液の液面まで結晶系半導体基板を搬送し、エッチングを行う。このような搬送用アームを用いることにより、エッチング処理の前工程から、エッチング液が入れられたエッチング処理槽に基板を搬送させることができる。
【００１２】
本発明に従う第２の局面においては、エッチング液の液面近傍に、結晶系半導体基板を載せて搬送するためのローラが設けられており、該ローラに結晶系半導体基板を載せることにより、結晶系半導体基板がエッチング液の液面近傍に保持される。従って、第２の局面によれば、このようなローラによってエッチング処理槽内を搬送させながら基板にエッチング処理を行うことができる。
【００１３】
本発明において用いるエッチング液は、結晶系半導体基板をエッチングすることができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、従来より、ＮａＯＨまたはＫＯＨなどのアルカリ性化合物の水溶液が一般的に用いられている。
【００１４】
本発明において、結晶系半導体基板は、単結晶半導体基板であってもよいし、多結晶半導体基板であってもよい。また、結晶系半導体基板は、例えば、結晶系シリコン基板であり、最も一般的には、単結晶シリコン基板である。
【００１５】
本発明の光起電力装置の製造方法は、上記本発明の方法により製造した結晶系半導体基板を用いて光起電力装置を製造することを特徴としている。
【００１６】
本発明の製造方法により製造される光起電力装置の構造は、結晶系半導体基板を用いるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ｎ型もしくはｐ型の結晶系半導体基板の上に真性のｉ型非晶質半導体層を形成し、その上にｐ型もしくはｎ型非晶質シリコン層を形成した構造のものや、あるいはｎ型もしくはｐ型の結晶系半導体基板の上に直接ｐ型もしくはｎ型の非晶質半導体層を形成したものが挙げられる。また、ｎ型もしくはｐ型結晶系半導体基板の表面にｐ型もしくはｎ型のドーパントをドープすることによりｐｎ接合を形成した構造のものであってもよい。
【００１７】
本発明のエッチング方法により、例えば、単結晶シリコンウエハの表面に、テクスチャ構造の凹凸を形成することができる。本発明により製造された結晶系半導体基板は、例えば、太陽電池などにおいて用いることができるものであるが、その用途は太陽電池に限定されるものではなく、その他の半導体の分野における半導体基板として用いることができるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、結晶系半導体基板にレジスト膜等を形成する工程が不要となり、製造工程を大幅に簡略化することができる。従って、生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の第１の局面に従う実施形態のエッチング処理装置を示す断面図である。図１に示すように、エッチング処理槽６内には、エッチング液２が入れられている。結晶系半導体基板としての単結晶シリコンウエハ１は、搬送用アーム３により両端を凹部３ａの部分で支持された状態でエッチング２の液面近傍に保持されている。エッチング処理槽６内にはヒータ５が設けられており、このヒータ５によりエッチング液２は所定の温度に加熱されている。
【００２１】
単結晶シリコンウエハ１の下方面１ａは、上記のように所定の温度に加熱されたエッチング液２に接触した状態であり、従って下方面１ａに対しエッチング液２によって異方性エッチングがなされる。
【００２２】
単結晶シリコンウエハ１の上方からは、単結晶シリコンウエハ１の上方面１ｂに向かって送風４がなされている。この送風４によって、単結晶シリコンウエハ１の周辺から上方面１ｂに侵入しようとするエッチング液２を排除している。また、エッチング液２が上方面１ｂに侵入した場合には、上方面１ｂ上のエッチング液２を送風４によって冷却することができる。エッチング液２を冷却することにより、エッチング能力を低下させ、実質的にエッチング能力を失わせることができるので、基板１の上方面１ｂがエッチングを受けるのを避けることができる。
【００２３】
１０重量％のイソプロピルアルコールを含有した２重量％ＮａＯＨ水溶液からなるエッチング液のエッチング液温度とエッチング量及び基板の表面反射率との関係を表１及び図５に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１及び図５から明らかなように、エッチング液温度が６５℃以下になることにより、さらに好ましくは４５℃以下になることによりエッチング能力が著しく低下することがわかる。従って、送風４により、上方面１ｂに侵入したエッチング液を６５℃以下に冷却することにより、さらに好ましくは４５℃以下になることにより基板１の上方面１ｂがエッチングされるのを防止することができる。
【００２６】
以上のようにして単結晶シリコンウエハ１の下方面１ａをエッチングした後、搬送用アーム３で単結晶シリコンウエハ１をエッチング液２から引き上げ、次の工程に搬送することができる。従って、本実施形態によれば、搬送用アーム３で単結晶シリコンウエハ１をエッチング処理槽６まで搬送してエッチング処理し、エッチング処理後、次の工程に搬送することができる。
【００２７】
図２は、本発明の第２の局面に従う実施形態のエッチング処理装置を示す断面図である。本実施形態においては、単結晶シリコンウエハ１は、エッチング処理槽６の両側に設けられたローラ７の上に載せられている。単結晶シリコンウエハ１はローラ７の上に載せられた状態で、エッチング２の液面近傍に位置しており、下方面１ａがエッチング液２と接触している。従って、下方面１ａがエッチング液２によりエッチングされる。
【００２８】
単結晶シリコンウエハ１の上方からは、図１に示す実施形態と同様に、上方面１ｂに向かって送風４がなされており、この送風４によって上方面１ｂに侵入しようとするエッチング液が排除されている。また、上方面１ｂに侵入したエッチング液は、送風４によって冷却され、上述のようにエッチング能力を低下させることにより上方面１ｂがエッチングされるのを防止することができる。
【００２９】
ローラ７の回転によって、単結晶シリコンウエハ１を移動させることができる。従って、このようなローラ７を連続して設けることにより、単結晶シリコンウエハ１を移動し搬送させることができる。従って、ローラ７は、単結晶シリコンウエハ１をエッチング液２の液面近傍に保持するための保持手段として用いることができるとともに、エッチング処理槽６内を搬送させる搬送手段としても用いることができる。
【００３０】
なお、図１に示す搬送用アーム３及びローラ６の材質としては、耐アルカリ性のものが好ましく、例えば、ステンレススチール（ＳＵＳ３１６Ｌ等）や、ポリテトラフルオロエチレンなどの材質が好ましく用いられる。
【００３１】
以下、図１に示すエッチング装置を用いてｎ型単結晶シリコンウエハをエッチングする実施例について説明する。
【００３２】
エッチング液として、１０重量％のイソプロピルアルコールを含有した２重量％ＮａＯＨ水溶液を用いた。ポリテトラフルオロエチレン製の搬送用アーム３の上に主面の面方位が（１００）であるｎ型単結晶シリコンウエハを載せ、搬送用アーム３を移動させてエッチング液２の液面近傍に単結晶シリコンウエハが位置するように保持した。エッチング液２の温度を８５℃とし、図１に示すように、単結晶シリコンウエハの上方から送風し、搬送用アーム３と単結晶シリコンウエハの隙間から侵入するエッチング液を排除しながら、エッチングした。また、この送風により、ウエハ上に侵入したエッチング液の温度を４５℃以下に冷却させた。
【００３３】
以上のようにして５分間単結晶シリコンウエハをエッチングした後、搬送用アーム３を引き上げて、エッチング液２から単結晶シリコンウエハを取り出した。
【００３４】
エッチングを行った単結晶シリコンウエハの下方面の反射率は１２．２％であった。これに対し、エッチングを行っていない上方面の反射率は２７．５％であった。これらのことから、下方面のみがエッチングされていることがわかる。
【００３５】
次に、エッチング処理を行った単結晶シリコンウエハを水洗した後、２重量％ＨＦ水溶液で、単結晶シリコンウエハの表面の酸化膜を除去し、次いで超純水で水洗した。
【００３６】
以上のようにして得られたエッチング処理後の単結晶シリコンウエハの上に、プラズマＣＶＤ装置を用いて非晶質シリコン薄膜を形成した。
【００３７】
まず、シリコンウェハの上述のエッチングがなされていない裏面（上方面）に水素プラズマ処理（圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力２０Ｗ）を行い、続けてｉ型非晶質シリコン薄膜（厚み５ｎｍ）を圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力３０Ｗで形成した。次に、ｎ型非晶質シリコン薄膜（厚み３０ｎｍ）を圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力３０Ｗで連続して形成した。
【００３８】
次に、シリコンウェハのエッチングによりテクスチャ構造の凹凸が形成された主面（下方面）に対し、水素プラズマ処理（圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力２０Ｗ）を行い、この上にｉ型非晶質シリコン薄膜（厚み５ｎｍ）を圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力３０Ｗで形成した。さらに、この上にｐ型非晶質シリコン薄膜（厚み５ｎｍ）を圧力８０Ｐａ、ＲＦ出力３０Ｗで連続して形成した。
【００３９】
以上のようにして形成した主面上のｐ型非晶質シリコン薄膜及び裏面上のｎ型非晶質シリコン薄膜の上に、スパッタリング法により透明電極としてＩＴＯをそれぞれ１００ｎｍの厚みとなるように形成した。次に、透明電極の上に、銀ペーストをスクリーン印刷し、櫛形電極を形成し、集電極とした。
【００４０】
図４は、以上のようにして作製した光起電力装置を示す模式的断面図である。図４に示すように、単結晶シリコンウエハ１の主面（下方面）１ａの上に、ｉ型非晶質シリコン薄膜１２、ｐ型非晶質シリコン薄膜１３、及び透明電極１４が形成されており、透明電極１４の上に集電極１８が形成されている。裏面（上方面）１ｂの上には、ｉ型非晶質シリコン薄膜１５、ｎ型非晶質シリコン薄膜１６、及び透明電極１７が形成されており、透明電極１７の上に集電極１９が形成されている。
【００４１】
比較として、図３に示す従来のエッチング方法によりエッチングした単結晶シリコンウエハを用いて、上記と同様にして光起電力装置を作製した。図３に示すエッチング方法においては、基板１の裏面１ｂの上にレジスト膜８を形成し、この状態でエッチング液２中に浸漬して主面１ａをエッチングしている。
【００４２】
本実施例により得られた光起電力装置は、比較例の光起電力装置とほぼ同程度の光電変換効率を示すことが確認された。従って、本発明の方法によりエッチングしたものは、従来の方法によりエッチングしたものと同様に光起電力装置の基板として用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の局面に従う実施形態のエッチング処理装置を示す断面図。
【図２】本発明の第２の局面に従う実施形態のエッチング処理装置を示す断面図。
【図３】従来のエッチング処理装置を示す断面図。
【図４】本発明における実施例において作製した光起電力装置を示す模式的断面図。
【図５】エッチング液温度とエッチング量及び基板の表面反射率との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１…単結晶シリコンウエハ（結晶系半導体基板）
１ａ…単結晶シリコンウエハの下方面（主面）
１ｂ…単結晶シリコンウエハの上方面（裏面）
２…エッチング液
３…搬送用アーム
４…送風
５…ヒータ
６…エッチング処理槽
７…ローラ
８…レジスト膜
１０…光起電力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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